WO2012007494A1 - Überstromschalter, verwendung eines überstromschalters und elektrokraftfahrzeug mit einem überstromschalter - Google Patents

Überstromschalter, verwendung eines überstromschalters und elektrokraftfahrzeug mit einem überstromschalter Download PDF

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WO2012007494A1
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current
current path
sensor
overcurrent
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PCT/EP2011/061931
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Dietmar Niederl
Johannes Starzinger
Herbert Thanner
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Magna E-Car Systems Gmbh & Co Og
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series
    • H—ELECTRICITY
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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/093—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/123—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit

Definitions

  • the invention relates to an overcurrent switch which has a first input and a first output, a first current path which connects the first input to the first output, an electronic switch in the first current path and a first sensor which is set up to measure the current in the first current path , includes.
  • the overcurrent switch comprises a first controller, which is prepared to control the electronic switch in a non-conductive or high-resistance state when the current detected by the first sensor exceeds a first predetermined threshold.
  • the invention relates to a use of an overcurrent switch in an electrical line.
  • the invention relates to an electric motor vehicle, comprising a drive accumulator and a circuit containing this accumulator, wherein in said circuit an overcurrent switch is arranged.
  • overcurrent switches have been used, which automatically interrupt a circuit in the event of excessive current flow in order to prevent damage or even the destruction of the elements contained in the circuit.
  • An example are circuits in an electric motor vehicle in which the operating currents can be up to 400 amperes and more. To the losses in the
  • Separation unit is usually realized with a fuse and / or a high-voltage relay, but which is technically complex and therefore expensive.
  • a relay has only a conditional current carrying capacity. Must be switched under load, so the relay may be so badly damaged because of the arc on the contacts that it has to be replaced after only a single switching operation. But even the finite tripping time of a fuse in the range of 10-100 ms is problematic because in this time the full short-circuit current can flow. For many elements in the affected circuit such as relays, cell connections, plug contacts, etc., this can lead to non-reversible errors. Since the short-circuit current, as mentioned, can assume extremely high values, technically complicated and therefore very expensive and large components generally have to be used according to the prior art.
  • DE 102 48 679 A1 discloses a vehicle electrical system for the above-mentioned problem, which has a battery provided with a positive pole and a negative pole and which is provided for supplying a large number of consumers. Between the positive pole of the battery and the consumers, a module is provided which comprises means for battery state detection, a control unit for energy management of the vehicle electrical system and at least one supply output, via which the
  • circuit breakers or battery disconnector can be arranged to disconnect a circuit if necessary.
  • DE 198 35 183 A1 discloses a protective circuit that protects a rechargeable battery against short circuiting and total discharge.
  • a field-effect transistor is used to turn off the circuit.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved
  • an overcurrent switch of the type mentioned, comprising
  • a second controller which is prepared to control the electromechanical switch in a non-conductive state, when the current detected by the first sensor falls below a second predetermined threshold and / or a predetermined period of time after the control of the electronic switch in a non-conductive state conductive or high-impedance state has elapsed.
  • the object of the invention is achieved by using an inventive overcurrent switch in an electrical line.
  • an electric motor vehicle which includes a drive accumulator and a battery containing this Circuit comprises, wherein in the said circuit an inventive overcurrent switch is arranged.
  • Battery system as a parasitic inductance, which is due to the structure of the battery limits the current increase.
  • the maximum current will be reached after a time of about 100 / is to 1ms.
  • the electromechanical switch remains closed. This is opened only below a second predetermined current value, so that the contacts of the electromechanical switch are spared and the life of the same is increased.
  • the electromechanical switch is only opened when no current flows in the circuit.
  • the electromechanical switch can be turned off even after a lapse of time after the electronic switch is turned off.
  • the overcurrent switch thus comprises a series connection of an electronic and an electromechanical switch.
  • This type of fuse of the circuit is reversible, that is, the circuit can be put back into operation immediately after an error.
  • the circuit is electrically isolated with a relatively slow electromechanical switch, short-circuit currents of 10 kA and more no longer occur because the circuit is interrupted by the electronic switch within a few microseconds. Instead, in the event of a fault, the currents are limited to a manageable level of, for example, 400-500 A.
  • the components contained in the circuit (relays, cell connectors, cells, plug contacts, etc.) are also exposed to this relatively low current in case of failure. Therefore, these components can be dimensioned to a lower peak current and are thus technically simpler and therefore cheaper.
  • the electromechanical switch is arranged instead of in the first current path in a second current path, which connects a second input to a second output, wherein the two
  • Runges are provided for switching in a common circuit.
  • the advantages mentioned above go here analogously. Again, an electronic and an electro-mechanical shear switch are connected in series, but by an external circuit. From the overcurrent switch only the connections are provided for this purpose.
  • a field-effect transistor an insulated-gate bipolar transistor or a bipolar transistor is provided as the electronic switch. These are easily available and proven means to turn circuits on and off, which is why the invention can be implemented with relatively little effort in practice and also is still little error prone. It is also advantageous if a first comparator is provided as the first control, to whose inputs the current determined by the first sensor and the first predefinable threshold value are passed and whose output is connected to a control input of the electronic switch. Comparators are readily available and proven means to detect different voltage levels, which is why the invention can be implemented with relatively little effort in practice and also is still little error prone.
  • comparators are extremely fast, which is why the occurrence of excessively high currents can be effectively avoided.
  • the comparator switches its output to a low level and thus switches off the electronic switch.
  • an P-channel field-effect transistor a P-channel insulated gate bipolar transistor or a PNP bipolar transistor is provided as the electronic switch,
  • the switch Comparator If the measured current exceeds the predefinable threshold, then the switch Comparator its output to a high level and thus switches off the electronic switch.
  • a relay is provided and as a second control, a second comparator is provided at the
  • Threshold are guided and whose output is connected to a control coil of the relay.
  • comparators are easily available and proven means to detect different voltage levels, which is why the invention can be put into practice with comparatively little effort and, moreover, is still not susceptible to errors. In addition, comparators are extremely fast, which is why the occurrence of excessively high currents can be effectively avoided.
  • Control function are formed. In this way, the number of components involved in the control can be reduced, which is why the circuit structure is less complex and usually cheaper.
  • Microcontroller is provided, at the input of which the current determined with the first sensor is guided and whose output is connected to a control input of the electronic switch or to a control input of the electromechanical switch.
  • a microcontroller allows a particularly flexible implementation of the invention, which can be relatively easily adapted to different conditions.
  • the inventive first sensor is arranged in the second current path instead of in the first current path.
  • a second sensor is arranged in the second current path, which is set up to measure the current in the second current path, and the second control is based instead on the current determined by the first sensor on a current determined with the second sensor. This is another way to realize the fiction, contemporary overcurrent switch under certain circumstances easier.
  • the first sensor / second sensor for measuring the current is designed as a Hall sensor. Hall sensors react extremely fast
  • Overcurrent switch with only a first current path, in which the first current path is in an electrical line with a different voltage potential from a ground potential.
  • the circuit is thus interrupted at a positive or negative voltage potential.
  • HV systems high-voltage systems
  • the high-voltage voltage is usually galvanically isolated from the vehicle ground. If this is the case, then the term "ground potential” in the following text is thought through to replace the term "HV-minus", which together with the term “HV-plus” designates the two voltage potentials of a HV system.
  • an inventive overcurrent switch with a first and a second current path, in which the first current path in an electrical line with a ground potential and the second current path in an electrical line with a deviating from the ground potential voltage potential.
  • the electromechanical switch is turned off after a predetermined delay time after the switch-off signal for the electronic switch. If the electronic switch is defective, it can not separate the circuit and the current can not fall below the second threshold, which is provided in a variant of the invention for switching off the elektromechani see switch. Now, the electromechanical switch but after a certain Delay time separated. While this can be with a destruction of the
  • Electromechanical switch go along, since this may have to separate the full short-circuit current, however, so the damage or destruction of other components or a risk of
  • the drive accumulator can be detached from the electric motor vehicle and the overcurrent switch is arranged on the accumulator side. In this way, the terminals of the battery can be switched dead, so as to preclude hazards caused by touching bare contacts.
  • the drive accumulator can be detached from the electric motor vehicle and the overcurrent switch is arranged on the vehicle side. In this way, the terminals of the vehicle network can be switched off, so as to preclude a hazard from touching bare contacts.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive
  • FIG. 1 Figure 2 as shown in FIG. 1 only with an electromechanical switch, which is arranged in a second current path and
  • Figure 3 shows another embodiment of an inventive
  • Overcurrent switch with a microcontroller as a common control for the electronic and the electromechanical switch.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an inventive overcurrent switch 1a, which comprises a first input 2 and a first output 3 and a first current path which connects the first input 2 to the first output 3.
  • an electronic switch 4 In the first current path are an electronic switch 4, an electromechanical switch 10 and a first Hall sensor 5, which for
  • the overcurrent switch la comprises a first controller 6, which is prepared to control the electronic switch 4 in a non-conductive or high-resistance state when the current detected by the first Hall sensor 5 exceeds a first predefinable threshold value.
  • the overcurrent switch la comprises a second controller 11, which is prepared to control the electromechanical switch 10 to a non-conductive state when the current detected by the first Hall sensor 5 has a second predeterminable one Threshold falls below.
  • the overcurrent switch 1a includes logic 16 which causes the second controller (second comparator) 11 to become active only when the first controller 6 (the first comparator) has fired.
  • the electronic switch 4 is designed as a field-effect transistor, specifically as an N-channel MOSFET. Equally, however, it is also possible to use other field effect transistors, insulated gate bipolar transistors or bipolar transistors.
  • a first comparator 6 is provided, at whose
  • Control input of the electronic switch 4 is connected. Specifically, the current determined by the first Hall sensor 5 and to the positive input of the first comparator 6 of the first predetermined threshold are guided to the negative input of the first comparator 6.
  • the first threshold value is generated in this example by a first reference voltage source 7.
  • a relay 10 and as second control, a second comparator 11 are provided as electromechanical switch. At the inputs of the second comparator 11 of the determined with the first Hall sensor 5 current and the second predetermined threshold are performed. Its output is connected to a control coil of the relay 10.
  • the second threshold is generated in this example by a second reference voltage source 12.
  • the measured current (which in this example is present as a voltage signal) now exceeds the predefinable threshold value, then the first one switches
  • Comparator 6 its output to a low level and thus switches off the electronic switch 4. If the measured current then falls below the second threshold, then the second comparator 11 also switches the electromechanical switch 10 off. Alternatively, the electromechanical switch 10 may be turned off even after elapse of a period of time after the electronic switch 4 is turned off. In this case, the second comparator 11 can be omitted. Instead, the output of the first comparator 6 can be connected to the control coil of the relay 10 via a delay element (not shown). If the time-delayed switching of the electromagnetic switch 10 is additionally provided, then the second comparator 11 remains in the circuit. Its output but like the via a delay element (not shown) guided output of the first comparator 6 to the input of an OR gate (not shown). The output of the OR gate then drives the electromechanical switch 10. In this variant, the electromechanical switch 10 is thus switched off when the current drops below the second threshold value or a time span has elapsed after the electronic switch 4 has been switched off.
  • the electromechanical switch 10 provides in this variant of the invention for a galvanic isolation of the circuit.
  • a P-channel insulated gate bipolar transistor or a PNP bipolar transistor is analogous to the determined with the Hall sensor 5 current to the positive input and the first predetermined threshold value to the negative input of the first comparator 6 out.
  • Fig. 1 is a circuit shown, in which the overcurrent switch la is inserted.
  • the circuit comprises in the simplest case, a voltage source 8, a load 9, and as mentioned the overcurrent switch la.
  • the voltage source 8 can be formed by a drive accumulator and the load 9 by a drive motor or other electrical consumers of an electric motor vehicle.
  • the first current path of the overcurrent switch 1a lies in an electrical line with a voltage potential deviating from a ground potential, specifically at the positive voltage potential of the voltage source 8.
  • the circuit is therefore interrupted at a positive voltage potential. This has the advantage that parts of the circuit, which for example are bare and can be touched, do not lead to any dangerous voltage after disconnecting the circuit.
  • the overcurrent switch lb comprises a second input 13 and a second output 14 and a second current path which connects the second input 13 to the second output 14.
  • the electromechanical switch 10 is arranged in this case in the second current path.
  • the first Hall sensor 5 is arranged instead of the first current path in the second current path. This is indicated in Fig. 2 by a Hall sensor shown in dashed lines. Furthermore, it would be possible that in addition to the first Hall sensor 5, a second Hall sensor is arranged in the second current path, which is adapted to measure the current in the second current path, and the second control instead of on the determined with the first Hall sensor 5 current on a with the second Hall sensor determined current is based. In this case, in Fig. 2, the connection line between the two comparators 6 and 11 omitted. It would also be conceivable, of course, for the current determined by the first Hall sensor 5 to be used for the control of the electromechanical switch 10 and the current determined by the second Hall sensor 5 to be used for the control of the electronic switch 4.
  • the first current path in this example lies in an electrical line with a ground potential and the second current path in an electrical line with a voltage potential deviating from the ground potential, in this case with a positive voltage potential.
  • Circuitry which for example are bare and can be touched, therefore no longer cause any dangerous voltage after the circuit has been disconnected. If there is a defect of the electronic switch 4, the circuit is at least but still electrically isolated at the positive voltage potential.
  • Fig. 3 shows a further variant of an overcurrent switch lc.
  • a common control is provided instead of a first controller 6 and a second controller 11, wherein the first controller is formed therein as a first control function and the second controller therein as a second control function.
  • a microcontroller 15 is provided as control, at the input of which the current determined by the first Hall sensor 5 is passed and whose output is connected to a control input of the electronic switch 4 or to a control input of the electromechanical switch 10.
  • the first and the second control function are now implemented as software, which is executed at runtime by the microcontroller 15. Alternative embodiments can thus be implemented particularly easily in practice.
  • the second control function so as to control the electromechanical switch 10 to a non-conductive state when connected to the first sensor 5 determined current falls below a second predetermined threshold and / or a predetermined period of time has elapsed after the control of the electronic switch 4 in a non-conductive or high-resistance state.
  • the overcurrent switch la .. lc is not necessarily present as a separate component with a separate housing.
  • the individual components can be inserted at any point in a circuit as long as the operation of the invention results.
  • the elements of an overcurrent switch la..lc must therefore not be combined in a common housing.
  • the limitation of the overcurrent switch 1a..lc shown in the figures can be understood as a functional grouping.
  • the inputs 2, 13 and outputs 3, 14 need not necessarily be present as separate components in the sense of terminals and the like. If the elements of an overcurrent switch la .. lc are not combined in a common housing, represent the inputs 2, 13 and outputs 3, 14 only the limitation of said functional grouping.
  • the inventive overcurrent switch la..lc can also be used for alternating current.
  • Hall sensors are preferably used for the invention, other sensors can be used as Hall sensors for current measurement.
  • the voltage drop across a current measuring resistor (shunt) can be measured.
  • the use of sensors that exploit the Faraday effect or the magnetoresistive effect If the overcurrent switch 1a..lc according to the invention is used, for example, in an electric motor vehicle, then - if the drive accumulator can be detached from the electric motor vehicle - this can also be arranged both on the accumulator side and on the vehicle side.

Abstract

Es wird ein Überstromschalter (1a.. 1c) angegeben, welcher einen ersten Eingang (2) und einen ersten Ausgang (3) sowie einen ersten Strompfad, welcher den ersten Eingang (2) mit dem ersten Ausgang (3) verbindet, umfasst. Im ersten Strompfad sind zusätzlich ein elektronischer Schalter (4), ein elektromechanischer Schalter (10) und ein erster Sensor (5), welcher zur Messung des Stroms im ersten Strompfad eingerichtet ist, angeordnet. Der Überstromschalter (1a..1c) umfasst zudem eine Steuerung (6), welche dazu vorbereitet ist, den elektronischen Schalter (4) in einen nicht-leitenden oder hochohmigen Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Sensor (5) ermittelte Strom einen ersten vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Schließlich umfasst der Überstromschalter (1a..1c) eine Steuerung (11), um den elektromechanischen Schalter (10) in einen nichtleitenden Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Sensor (5) ermittelte Strom einen zweiten vorgebbaren Schwellwert unterschreitet und/oder eine vorgebbare Zeitspanne nach der Steuerung des elektronischen Schalters (4) in einen nichtleitenden oder hochohmigen Zustand verstrichen ist. Darüber hinaus wird die Verwendung eines erfindungsgemäßen Überstromschalters (la..lc) angegeben, bei welcher der erste Strompfad in einer elektrischen Leitung mit von einem Massepotential abweichenden Spannungspotential liegt. Schließlich wird ein Elektrokraftfahrzeug, umfassend einen Antriebsakkumulator und einen diesen Akkumulator beinhaltenden Stromkreis angegeben, wobei in dem genannten Stromkreis ein erfindungsgemäßer Überstromschalter (1a..1c) angeordnet ist.

Description

Überstromschalter, Verwendung eines Überstromschalters und Elektrokraftfahrzeug mit einem Überstromschalter
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Überstromschalter, welcher einen ersten Eingang und einen ersten Ausgang, einen ersten Strompfad, welcher den ersten Eingang mit dem ersten Ausgang verbindet, einen elektronischen Schalter im ersten Strompfad und einen ersten Sensor, welcher zur Messung des Stroms im ersten Strompfad eingerichtet ist, umfasst. Zusätzlich umfasst der Überstromschalter eine erste Steuerung, welche dazu vorbereitet ist, den elektronischen Schalter in einen nichtleitenden oder hochohmigen Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Sensor ermittelte Strom einen ersten vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Überstromschalters in einer elektrischen Leitung. Schließlich betrifft die Erfindung ein Elektrokraftfahrzeug, umfassend einen Antriebsakkumulator und einen diesen Akkumulator beinhaltenden Stromkreis, wobei in dem genannten Stromkreis ein Überstromschalter angeordnet ist.
STAND DER TECHNIK
Seit geraumer Zeit werden Überstromschalter eingesetzt, welche einen Stromkreis bei übermäßigem Stromfluss automatisch unterbrechen, um Beschädigungen oder gar die Zerstörung der im Stromkreis enthaltenen Elemente zu vermeiden. Ein Beispiel sind Stromkreise in einem Elektrokraftfahrzeug, in denen die Betriebsströme bis zu 400 Ampere und mehr betragen können. Um die Verluste im
Antriebsakkumulator des Elektrokraftfahrzeugs klein zu halten, werden Zellen mit einem niedrigen Innenwiderstand verwendet. Dies führt im Fehlerfall jedoch zu extrem hohen Kurzschlussströmen. Bis zu 10 kA und mehr sind möglich. Aus Betriebs- und Sicherheitsgründen sollten solche Energiespeicher daher eine Trenneinheit aufweisen, die den Akkumulator bzw. die Batterie vom restlichen Hochvolt-Bordnetz (mit bis zu 800 V Spannung) trennen kann. Diese
Trenneinheit wird üblicherweise mit einer Schmelzsicherung und/oder einem Hochvolt-Relais realisiert, welches aber technisch aufwändig und daher teuer ist. Zudem hat ein solches Relais nur eine bedingte Stromtragfähigkeit. Muss unter Last geschaltet werden, so kann das Relais wegen des Lichtbogens an den Kontakten unter Umständen so stark geschädigt werden, das es nach nur einem einzigen Schaltvorgang auszutauschen ist. Aber auch die endliche Auslösezeit einer Schmelzsicherung im Bereich von 10-100 ms ist problematisch, da in dieser Zeit der volle Kurzschlussstrom fließen kann. Für viele Elemente im betroffenen Stromkreis wie zum Beispiel Relais, Zellverbindungen, Steckkontakte, etc. kann das zu nicht reversiblen Fehlern führen. Da der Kurzschlussstrom wie erwähnt extrem hohe Werte annehmen kann, müssen nach dem Stand der Technik in der Regel technisch komplizierte und damit sehr teure und große Komponenten eingesetzt werden.
Beispielsweise offenbart die DE 102 48 679 AI zur genannten Problematik ein Fahrzeugbordnetz, welches eine mit einem Pluspol und einem Minuspol versehene Batterie aufweist und welches zur Versorgung einer Vielzahl von Verbrauchern vorgesehen ist. Zwischen dem Pluspol der Batterie und den Verbrauchern ist ein Modul vorgesehen, welches Mittel zur Batteriezustands- erkennung, eine Steuereinheit zum Energiemanagement des Fahrzeugbordnetzes und mindestens einen Versorgungsausgang aufweist, über welchen die
Verbraucher mit Energie versorgbar sind. In diesem Modul können Leistungsschalter bzw. Batterietrennschalter angeordnet sein, um einen Stromkreis im Bedarfsfall trennen zu können.
Bekannt ist es auch, elektronische Schaltelemente zum Schalten von Stromkreisen einzusetzen. Beispielsweise offenbart die DE 198 35 183 AI dazu eine Schutz- schaltung, die eine aufladbare Batterie gegen Kurzschluss und Tiefentladung, schützt. In einer Ausführungsform wird zum Ausschalten des Stromkreises ein Feldeffekt-Transistor eingesetzt.
Problematisch ist an den bekannten Vorrichtungen, dass ein Feldeffekt-Transistor einen Stromkreis zwar relativ schnell trennen kann, die Trennung aber nicht galvanisch erfolgt. Bei Vorrichtungen mit einem Trennrelais kann dagegen das zumindest kurzfristige Fließen extrem hoher Ströme nicht verhindert werden, was die Lebensdauer des Trennrelais drastisch einschränkt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten
Überstromschalter sowie eine Verwendung eines solchen Überstromschalters anzugeben. Insbesondere soll ein Stromkreis galvanisch getrennt werden ohne dabei jedoch die Lebensdauer eines Trennrelais drastisch einzuschränken.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Überstromschalter der eingangs genannten Art gelöst, umfassend
einen elektromechanischen Schalter im ersten Strompfad und
eine zweite Steuerung, welche dazu vorbereitet ist, den elektromechanischen Schalter in einen nicht-leitenden Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Sensor ermittelte Strom einen zweiten vorgebbaren Schwellwert unterschreitet und/oder eine vorgebbare Zeitspanne nach der Steuerung des elektronischen Schalters in einen nicht-leitenden oder hochohmigen Zustand verstrichen ist.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Überstromschalters in einer elektrischen Leitung gelöst.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Elektrokraftfahrzeug gelöst, welches einen Antriebsakkumulator und einen diesen Akkumulator beinhaltenden Stromkreis umfasst, wobei in dem genannten Stromkreis ein erfindungsgemäßer Überstromschalter angeordnet ist.
Die Anstiegszeit eines Stroms wird durch im Stromkreis enthaltene Induktivitäten begrenzt. Dies gilt insbesondere auch für den Kurzschlussstrom in einem
Batteriesystem, da eine parasitäre Induktivität, welche durch den Aufbau der Batterie bedingt ist, den Stromanstieg begrenzt. Als Richtwert kann davon ausgegangen werden, dass der Maximalstrom nach einer Zeit von zirka 100/is bis 1ms erreicht wird.
Wird ein hinreichend schneller Sensor zur Messung des Stroms verwendet, so gelingt es, einen unzulässigen Wert des Stroms schon vor Erreichen seines Maximalwertes zu detektieren und in Folge den Stromkreis mit dem
elektronischen Schalter zu unterbrechen. Der elektromechanische Schalter bleibt dagegen weiterhin geschlossen. Dieser wird erst unterhalb eines zweiten vorgebbaren Stromwertes geöffnet, sodass die Kontakte des elektromechanischen Schalters geschont werden und die Lebensdauer desselben erhöht wird. In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird der elektromechanische Schalter erst dann geöffnet, wenn im Stromkreis kein Strom mehr fließt.
Alternativ kann der elektromechanische Schalte auch nach Verstreichen einer Zeitspanne nach dem Ausschalten des elektronischen Schalters ausgeschaltet werden. Bei dieser Variante ist es von Vorteil, wenn die Ausschaltverzögerung des elektronischen Schalters beziehungsweise das Abklingverhalten des Stroms im Stromkreis bekannt ist.
Der Überstromschalter umfasst somit eine Serienschaltung eines elektronischen und eines elektromechanischen Schalters. Diese Art der Sicherung des Stromkreises ist reversibel, das heißt der Stromkreis kann nach einem Fehler sofort wieder in Betrieb gesetzt werden. Obwohl der Stromkreis mit einem relativ langsamen elektromechanischen Schalter galvanisch getrennt wird, treten Kurzschlussströme von 10 kA und mehr nicht mehr auf, da der Stromkreis vom elektronischen Schalter innerhalb weniger Mikrosekunden unterbrochen wird. Stattdessen werden die Ströme im Fehlerfall auf ein handhabbares Maß von beispielsweise 400 - 500 A begrenzt. Somit werden die im Stromkreis enthaltenen Komponenten (Relais, Zellverbinder, Zellen, Steckkontakte, etc.) im Fehlerfall ebenfalls nur diesem relativ geringen Strom ausgesetzt. Daher können diese Komponenten auf einen geringeren Spitzenstrom dimensioniert werden und sind dadurch technisch einfacher und somit auch kostengünstiger.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich nun aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektromechanische Schalter anstatt im ersten Strompfad in einem zweiten Strompfad angeordnet ist, welcher einen zweiten Eingang mit einen zweiten Ausgang verbindet, wobei die beiden
Strompfade zur Schaltung in einem gemeinsamen Stromkreis vorgesehen sind. Die für die zuvor genannten Vorteile gehen hier sinngemäß. Auch hier werden ein elektronischer und ein elektromechani scher Schalter in Serie geschaltet, allerdings durch eine externe Beschaltung. Vom Überstromschalter werden lediglich die Anschlüsse hierfür bereitgestellt.
Günstig ist es, wenn als elektronischer Schalter ein Feldeffekt-Transistor, ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor oder ein Bipolar-Transistor vorgesehen ist. Dies sind leicht verfügbare und bewährte Mittel um Stromkreise ein- und auszuschalten, weswegen die Erfindung mit vergleichsweise geringem Aufwand in die Praxis umgesetzt werden kann und zudem noch wenig fehleranfällig ist. Vorteilhaft ist es auch, wenn als erste Steuerung ein erster omparator vorgesehen ist, an dessen Eingänge der mit dem ersten Sensor ermittelte Strom und der erste vorgebbare Schwellwert geführt sind und dessen Ausgang mit einem Steuereingang des elektronischen Schalters verbunden ist. Komparatoren sind leicht verfügbare und bewährte Mittel um unterschiedliche Spannungspegel zu detektieren, weswegen die Erfindung mit vergleichsweise geringem Aufwand in die Praxis umgesetzt werden kann und zudem noch wenig fehleranfällig ist.
Darüber hinaus sind Komparatoren extrem schnell, weswegen das Auftreten allzu hoher Ströme wirksam vermieden werden kann.
In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn als elektronischer Schalter ein N- Kanal-Feldeffekt-Transistor, ein N-Kanal-Insulated-Gate-Bipolar-Transistor oder ein NPN-Bipolar-Transistor vorgesehen ist,
an den negativen Eingang des ersten Komparators der mit dem ersten Sensor ermittelte Strom geführt ist und
an den positiven Eingang des ersten Komparators der der erste vorgebbare Schwellwert geführt ist.
Überschreitet der gemessene Strom den vorgebbaren Schwellwert, so schaltet der Komparator seinen Ausgang auf einen niedrigen Pegel und schaltet damit den elektronischen Schalter ab.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin günstig, wenn
als elektronischer Schalter ein P-Kanal-Feldeffekt-Transistor, ein P-Kanal- Insulated-Gate-Bipolar-Transistor oder ein PNP-Bipolar-Transistor vorgesehen ist,
an den positiven Eingang des ersten Komparators der mit dem ersten Sensor ermittelte Strom geführt ist und
an den negativen Eingang des ersten Komparators der der erste vorgebbare Schwellwert geführt ist.
Überschreitet der gemessene Strom den vorgebbaren Schwellwert, so schaltet der Komparator seinen Ausgang auf einen hohen Pegel und schaltet damit den elektronischen Schalter ab.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn
als elektromechanischer Schalter ein Relais vorgesehen ist und als zweite Steuerung ein zweiter Komparator vorgesehen ist, an dessen
Eingänge der mit dem ersten Sensor ermittelte Strom und der zweite vorgebbare
Schwellwert geführt sind und dessen Ausgang mit einer Steuerspule des Relais verbunden ist.
Wie bereits erwähnt sind Komparatoren leicht verfügbare und bewährte Mittel um unterschiedliche Spannungspegel zu detektieren, weswegen die Erfindung mit vergleichsweise geringem Aufwand in die Praxis umgesetzt werden kann und zudem noch wenig fehleranfällig ist. Darüber hinaus sind Komparatoren extrem schnell, weswegen das Auftreten allzu hoher Ströme wirksam vermieden werden kann.
Vorteilhaft ist es auch, wenn anstelle einer ersten Steuerung und einer zweiten Steuerung eine gemeinsame Steuerung vorgesehen ist und die erste Steuerung darin als erste Steuerfunktion und die zweite Steuerung darin als zweite
Steuerfunktion ausgebildet sind. Auf diese Weise kann die Anzahl der an der Steuerung beteiligten Bauteile reduziert werden, weswegen der Schaltungsaufbau weniger komplex und in aller Regel auch billiger wird.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn als Steuerung ein
Mikrocontroller vorgesehen ist, an dessen Eingang der mit dem ersten Sensor ermittelte Strom geführt ist und dessen Ausgang mit einem Steuereingang des elektronischen Schalters beziehungsweise mit einem Steuereingang des elektromechanischen Schalters verbunden ist. Ein Mikrocontroller erlaubt eine besonders flexible Umsetzung der Erfindung, welche vergleichsweise einfach an unterschiedliche Rahmenbedingungen angepasst werden kann. Häufig weisen Mikrocontroller Mittel zum Messen eines Analogsignals auf (z.B. Analog-Digital- Wandler), sodass ein Signal eines Sensors direkt verarbeitet werden kann.
Günstig ist es, wenn der erste Sensor anstatt im ersten Strompfad im zweiten Strompfad angeordnet ist. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße
Überstromschalter unter Umständen einfacher realisiert werden.
Günstig ist es weiterhin, wenn ein zweiter Sensor im zweiten Strompfad angeordnet ist, welcher zur Messung des Stroms im zweiten Strompfad eingerichtet ist, und die zweite Steuerung anstatt auf dem mit dem ersten Sensor ermittelten Strom auf einem mit dem zweiten Sensor ermittelten Strom basiert. Dies ist eine weitere Möglichkeit, um den erfindungs gemäßen Überstromschalter unter Umständen einfacher zu realisieren.
Vorteilhaft ist es, wenn der erste Sensor/zweite Sensor zur Messung des Stroms als Hallsensor ausgebildet ist. Hallsensoren reagieren extrem schnell auf
Änderungen des Stroms, sodass unzulässige Ströme schon innerhalb weniger Mikrosekunden sicher detektiert werden können.
Vorteilhaft ist zudem eine Verwendung eines erfindungsgemäßen
Überstromschalters mit nur einem ersten Strompfad, bei welcher der erste Strompfad in einer elektrischen Leitung mit von einem Massepotential abweichenden Spannungspotential liegt. Bei dieser Variante wird der Stromkreis also bei einem positiven oder negativen Spannungspotential unterbrochen. Dies hat den Vorteil, dass Teile des Stromkreises, welche beispielsweise blank liegen und berührt werden können, nach dem Trennen des Stromkreises keine gefährliche Spannung mehr führen.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich die Erfindung insbesondere auch für Hochvolt-Systeme (HV-Systeme) eignet. Bei diesen Systemen ist die Hochvolt- Spannung in aller Regel galvanisch getrennt von der Fahrzeugmasse. Ist dies der Fall, so ist der Begriff„Massepotential" im nachfolgenden Text gedanklich durch den Begriff„HV-Minus" zu ersetzen, welcher gemeinsam mit dem Begriff„HV- Plus" die beiden Spannungspotentiale eines HV-Systems bezeichnet.
Besonders vorteilhaft ist auch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Überstromschalters mit einem ersten und einem zweiten Strompfad, bei welcher der erste Strompfad in einer elektrischen Leitung mit einem Massepotential und der zweite Strompfad in einer elektrischen Leitung mit einem vom Massepotential abweichenden Spannungspotential liegen. Bei dieser Variante wird der Stromkreis durch den elektronischen Schalter an Masse, bei einem positiven oder negativen Spannungspotential dagegen durch den elektromechani sehen Schalter
unterbrochen. Dies hat den Vorteil, dass der Stromkreis völlig getrennt wird. Teile des Stromkreises, welche beispielsweise blank liegen und berührt werden können, führen nach dem Trennen des Stromkreises daher keine gefährliche Spannung mehr. Vorteilhaft wird der Stromkreis bei dem positiven oder negativen
Spannungspotential galvanisch getrennt, was besonders hohe Sicherheit bietet. Der elektronische Schalter an Masse trennt den Stromkreis zwar auch, jedoch nicht galvanisch. Ein Fehler in dem elektronischen Schalter könnte daher dazu führen, dass diese Leitung nicht mehr getrennt wird. Dies ist aber mit relativ geringem Risiko verbunden, da ja von der Masseleitung in der Regel ohnehin keine gefährliche Spannung ausgeht. Diese Variante der Erfindung trennt also im Normalfall den Stromkreis an beiden Spannungspotentialen, bei defektem elektronischen Schalter aber zumindest am positiven oder negativen
S pannungspotenti al .
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn der elektromechanische Schalter nach einer vorgebbaren Verzögerungszeit nach dem Ausschaltsignal für den elektronischen Schalter ausgeschaltet wird. Ist der elektronische Schalter defekt, so kann dieser den Stromkreis nicht mehr trennen und der Strom kann nicht unter den zweiten Schwellwert sinken, welcher in einer Variante der Erfindung für das Ausschalten des elektromechani sehen Schalters vorgesehen ist. Nun wird der elektromechanische Schalter aber nach einer bestimmten Verzögerungszeit getrennt. Zwar kann dies mit einer Zerstörung des
elektromechanischen Schalters einhergehen, da dieser unter Umständen den vollen Kurzschlussstrom trennen muss, jedoch kann so die Beschädigung oder Zerstörung anderer Komponenten beziehungsweise eine Gefährdung von
Menschen weitgehend verhindert werden. Schließlich kann durch den
zusätzlichen Einbau einer Schmelzsicherung auch beim Versagen des
elektromechanischen Schalters eine zuverlässige Trennung gewährleistet werden. Diese Variante der Erfindung ist daher besonders sicher.
Günstig ist es, wenn der Antriebsakkumulator vom Elektrokraftfahrzeug lösbar ist und der Überstromschalter akkumulatorseitig angeordnet ist. Auf diese Weise können die Anschlussklemmen des Akkumulators spannungslos geschaltet werden, um so eine Gefährdung durch Berühren blank liegender Kontakte auszuschließen.
Günstig ist es auch, wenn der Antriebsakkumulator vom Elektrokraftfahrzeug lösbar ist und der Überstromschalter fahrzeugseitig angeordnet ist. Auf diese Weise können die Anschlussklemmen des Fahrzeugnetzes spannungslos geschaltet werden, um so eine Gefährdung durch Berühren blank liegender Kontakte auszuschließen.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass sich die zum erfindungsgemäßen
Überstromschalter genannten Alternativen und die daraus resultierenden Vorteile gleichermaßen auf die erfindungs gemäße Verwendung und das erfindungsgemäße Fahrzeug beziehen und umgekehrt.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Überstromschalters;
Figur 2 wie Fig. 1 nur mit einem elektromechanische Schalter, welcher in einem zweiten Strompfad angeordnet ist und
Figur 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Überstromschalters mit einem Mikrocontroller als gemeinsame Steuerung für den elektronischen und den elektromechanischen Schalter.
DETAILEERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überstromschalters la, welcher einen ersten Eingang 2 und einen ersten Ausgang 3 sowie einen ersten Strompfad, welcher den ersten Eingang 2 mit dem ersten Ausgang 3 verbindet, umfasst. Im ersten Strompfad sind ein elektronischer Schalter 4, ein elektromechanischer Schalter 10 und ein erster Hallsensor 5, welcher zur
Messung des Stroms im ersten Strompfad eingerichtet ist, angeordnet. Zusätzlich umfasst der Überstromschalter la eine erste Steuerung 6, welche dazu vorbereitet ist, den elektronischen Schalter 4 in einen nicht-leitenden oder hochohmigen Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Hallsensor 5 ermittelte Strom einen ersten vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Schließlich umfasst der Überstromschalter la eine zweite Steuerung 11, welche dazu vorbereitet ist, den elektromechanischen Schalter 10 in einen nicht-leitenden Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Hallsensor 5 ermittelte Strom einen zweiten vorgebbaren Schwellwert unterschreitet. Zusätzlich umfasst der Überstromschalter la eine Logik 16, welche bewirkt, dass die zweite Steuerung (der zweite Komparator) 11 erst dann aktiv wird, wenn die erste Steuerung 6 (der erste Komparator) ausgelöst hat.
Im vorliegenden Beispiel ist der elektronische Schalter 4 als Feldeffekt-Transistor, konkret als N-Kanal-MOSFET, ausgebildet. Gleichwertig können aber auch andere Feldeffekt-Transistoren, Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren oder Bipolar- Transistoren eingesetzt werden.
Als erste Steuerung ist ein erster Komparator 6 vorgesehen ist, an dessen
Eingänge der mit dem ersten Hallsensor 5 ermittelte Strom und der erste vorgebbare Schwellwert geführt sind und dessen Ausgang mit einem
Steuereingang des elektronischen Schalters 4 verbunden ist. Konkret sind an den negativen Eingang des ersten Komparators 6 der mit dem ersten Hallsensor 5 ermittelte Strom und an den positiven Eingang des ersten Komparators 6 der erste vorgebbare Schwellwert geführt. Der erste Schwellwert wird in diesem Beispiel durch eine erste Referenz-Spannungsquelle 7 erzeugt.
Im vorliegenden Beispiel sind als elektromechani scher Schalter ein Relais 10 und als zweite Steuerung ein zweiter Komparator 11 vorgesehen. An die Eingänge des zweiten Komparators 11 sind der mit dem ersten Hallsensor 5 ermittelte Strom und der zweite vorgebbare Schwellwert geführt. Dessen Ausgang ist mit einer Steuerspule des Relais 10 verbunden. Der zweite Schwellwert wird in diesem Beispiel durch eine zweite Referenz-Spannungsquelle 12 erzeugt.
Überschreitet der gemessene Strom (welcher in diesem Beispiel als Spannungssignal vorliegt) nun den vorgebbaren Schwellwert, so schaltet der erste
Komparator 6 seinen Ausgang auf einen niedrigen Pegel und schaltet damit den elektronischen Schalter 4 ab. Unterschreitet der gemessene Strom daraufhin den zweiten Schwellwert, so schaltet der zweite Komparator 11 auch den elektromechanischen Schalter 10 aus. Alternativ kann der elektromechanische Schalter 10 auch nach Verstreichen einer Zeitspanne nach dem Ausschalten des elektronischen Schalters 4 ausgeschaltet werden. In diesem Fall kann der zweiten Komparator 11 entfallen. Stattdessen kann der Ausgang des ersten Komparators 6 über ein Verzögerungsglied (nicht dargestellt) mit der Steuerspule des Relais 10 verbunden werden. Wird das zeitlich verzögerte Schalten des elektromagnetischen Schalters 10 zusätzlich vorgesehen, so bleibt der zweite Komparator 11 in der Schaltung. Dessen Ausgang wird aber wie der über ein Verzögerungsglied (nicht dargestellt) geführte Ausgang des ersten Komparators 6 an den Eingang eines ODER-Gatters (nicht dargestellt) gelegt. Der Ausgang des ODER-Gatters steuert dann den elektromechanischen Schalter 10 an. Bei dieser Variante wird der elektromechanische Schalter 10 also ausgeschaltet, wenn der Strom unter den zweiten Schwellwert sinkt oder eine Zeitspanne nach dem Ausschalten des elektronischen Schalters 4 verstrichen ist.
Durch die Verwendung eines schnellen Komparators 6 und eines schellen ersten Hallsensors 5 gelingt es, einen unzulässigen Wert des Stroms nun schon vor Erreichen seines Maximalwertes zu detektieren und in Folge den Stromkreis mit dem schnellen elektronischen Schalter 4 zu unterbrechen.
Die schnelle Unterbrechung des Stromkreises erfolgt also durch den
elektronischen Schalter 4 besorgt, wohingegen der elektromechanische Schalter 10 weiterhin geschlossen bleibt. Dieser wird erst unterhalb eines vorgebbaren Stromwertes geöffnet, sodass die Kontakte des elektromechanischen Schalters 10 geschont werden und die Lebensdauer desselben erhöht wird. Der elektromechanische Schalter 10 sorgt bei dieser Variante der Erfindung für eine galvanische Trennung des Stromkreises.
Bei Verwendung eines P-Kanal-Feldeffekt-Transistors, eines P-Kanal-Insulated- Gate-Bipolar-Transistors oder eines PNP-Bipolar-Transistors wird analog der mit dem Hallsensor 5 ermittelte Strom an den positiven Eingang und der erste vorgebbare Schwell wert an den negativen Eingang des ersten Komparators 6 geführt.
Zusätzlich ist Fig. 1 ein Stromkreis dargestellt, in den der Überstromschalter la eingefügt ist. Der Stromkreis umfasst im einfachsten Fall eine Spannungsquelle 8, eine Last 9, sowie wie erwähnt den Überstromschalter la. Beispielsweise können die Spannungsquelle 8 durch einen Antriebakkumulator und die Last 9 durch einen Antriebsmotor oder andere elektrische Verbraucher eines Elektrokraft- fahrzeuges gebildet sein. Im vorliegenden Beispiel liegt der erste Strompfad des Überstromschalters la in einer elektrischen Leitung mit von einem Massepotential abweichenden Spannungspotential, konkret am positiven Spannungspotential der Spannungsquelle 8. Bei dieser Variante wird der Stromkreis also bei einem positiven Spannungspotential unterbrochen. Dies hat den Vorteil, dass Teile des Stromkreises, welche beispielsweise blank liegen und berührt werden können, nach dem Trennen des Stromkreises keine gefährliche Spannung mehr führen.
Fig. 2 zeigt nun eine abgewandelte Ausführungsform eines Überstromschalters lb, welcher dem in Fig. 1 dargestellten Überstromschalter la sehr ähnlich ist. Zusätzlich zu diesem umfasst der Überstromschalter lb einen zweiten Eingang 13 und einen zweiten Ausgang 14 sowie einen zweiten Strompfad, welcher den zweiten Eingang 13 mit dem zweiten Ausgang 14 verbindet. Der elektro- mechanische Schalter 10 ist in diesem Fall im zweiten Strompfad angeordnet.
In einer Alternative der Erfindung wird der erste Hallsensor 5 anstatt im ersten Strompfad im zweiten Strompfad angeordnet ist. Dies ist in der Fig. 2 durch einen strichliert dargestellten Hallsensor angedeutet. Weiterhin wäre möglich, dass zusätzlich zum ersten Hallsensor 5 ein zweiter Hallsensor im zweiten Strompfad angeordnet ist, welcher zur Messung des Stroms im zweiten Strompfad eingerichtet ist, und die zweite Steuerung anstatt auf dem mit dem ersten Hallsensor 5 ermittelten Strom auf einem mit dem zweiten Hallsensor ermittelten Strom basiert. In diesem Fall würde in Fig. 2 die Verbindungsleitung zwischen den beiden Komparatoren 6 und 11 entfallen. Denkbar wäre natürlich auch, dass der mit dem ersten Hallsensor 5 ermittelte Strom für die Steuerung des elektromechanischen Schalters 10 und der mit dem zweiten Hallsensor 5 ermittelte Strom für die Steuerung des elektronischen Schalters 4 herangezogen wird.
Wie in der Fig. 2 gut erkennbar ist liegen der erste Strompfad in diesem Beispiel in einer elektrischen Leitung mit einem Massepotential und der zweite Strompfad in einer elektrischen Leitung mit einem vom Massepotential abweichenden Spannungspotential, hier mit positivem Spannungspotential. Somit wird der Stromkreis durch den elektronischen Schalter 4 an Masse, am positiven
Spannungspotential dagegen durch das Relais 10 unterbrochen. Dies hat den Vorteil, dass der Stromkreis im Regelfall völlig getrennt wird. Teile des
Stromkreises, welche beispielsweise blank liegen und berührt werden können, führen nach dem Trennen des Stromkreises daher keine gefährliche Spannung mehr. Liegt ein Defekt des elektronischen Schalters 4 vor, so wird der Stromkreis zumindest aber noch am positiven Spannungspotential galvanisch getrennt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante eines Überstromschalters lc. Dabei ist anstelle einer ersten Steuerung 6 und einer zweiten Steuerung 11 eine gemeinsame Steuerung vorgesehen, wobei die erste Steuerung darin als erste Steuerfunktion und die zweite Steuerung darin als zweite Steuerfunktion ausgebildet ist. Konkret ist als Steuerung ein MikroController 15 vorgesehen, an dessen Eingang der mit dem ersten Hallsensor 5 ermittelte Strom geführt ist und dessen Ausgang mit einem Steuereingang des elektronischen Schalters 4 beziehungsweise mit einem Steuereingang des elektromechanischen Schalters 10 verbunden ist. Die erste und die zweite Steuerfunktion sind nun als Software realisiert, welche zur Laufzeit vom Mikrocontroller 15 ausgeführt wird. Alternative Ausführungsformen können so besonders leicht in die Praxis umgesetzt werden. Beispielsweise ist es durch einfache Änderung der Programmierung des MikroControllers 15 möglich, die zweite Steuerfunktion so zu realisieren, dass der elektromechanischen Schalter 10 in einen nicht-leitenden Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Sensor 5 ermittelte Strom einen zweiten vorgebbaren Schwellwert unterschreitet und/oder eine vorgebbare Zeitspanne nach der Steuerung des elektronischen Schalters 4 in einen nicht-leitenden oder hochohmigen Zustand verstrichen ist.
Abschließend wird angemerkt, dass der Überstromschalter la.. lc nicht notwendigerweise als gesondertes Bauteil mit gesondertem Gehäuse vorliegt. Selbstverständlich können die einzelnen Bauteile an beliebiger Stelle in einen Schaltkreis eingefügt werden solange sich die erfindungsgemäße Funktionsweise ergibt. Die Elemente eines Überstromschalters la..lc müssen daher nicht in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sein. In diesem Fall kann die in den Figuren dargestellte Begrenzung des Überstromschalters la..lc als funktionale Gruppierung aufgefasst werden. Analog müssen die Eingänge 2, 13 und Ausgänge 3, 14 nicht zwingend als gesonderte Bauteile im Sinne von Anschlussklemmen und dergleichen vorliegen. Wenn die Elemente eines Überstromschalters la.. lc nicht in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind, stellen die Eingänge 2, 13 und Ausgänge 3, 14 lediglich die Begrenzung der genannten funktionalen Gruppierung dar. Physisch kann daher an den Eingängen 2, 13 und Ausgängen 3, 14 auch eine durchgehende elektrische Leitung vorhanden sein. Darüber hinaus wird angemerkt dass der elektrische Strom sowohl vom Eingang 2, 13 zum Ausgang 3, 14 als auch in umgekehrter Richtung fließen kann. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Überstromschalter la..lc auch für Wechselstrom eingesetzt werden.
Weiterhin wird angemerkt, dass obwohl in den vorgestellten Beispielen stets Hallsensoren für die Strommessung verwendet wurden und obwohl diese
Hallsensoren bevorzugt eingesetzt werden für die Erfindung auch andere Sensoren als Hallsensoren für die Strommessung eingesetzt werden können. Beispielsweise kann der Spannungsabfall an einem Strommess widerstand (Shunt) gemessen werden. Denkbar ist aber beispielsweise auch die Anwendung von Sensoren, die den Faraday-Effekt oder den Magnetoresistiven Effekt ausnützen Wird der erfindungsgemäße Überstromschalter la..lc beispielsweise in einem Elektrokraftfahrzeug eingesetzt, dann kann dieser - wenn der Antriebsakkumulator vom Elektrokraftfahrzeug lösbar ist - sowohl akkumulatorseitig also auch fahrzeugseitig angeordnet sein.
Schließlich wird festgehalten, dass die einzelnen in den Figuren dargestellten Varianten auch den Gegenstand einer unabhängigen Erfindung bilden können.

Claims

Patentansprüche
1. Überstromschalter (la..lc), umfassend
einen ersten Eingang (2) und einen ersten Ausgang (3),
einen ersten Strompfad, welcher den ersten Eingang (2) mit dem ersten Ausgang (3) verbindet,
einen elektronischen Schalter (4) im ersten Strompfad,
einen ersten Sensor (5), welcher zur Messung des Stroms im ersten Strompfad eingerichtet ist und
eine erste Steuerung (6), welche dazu vorbereitet ist, den elektronischen Schalter (4) in einen nicht-leitenden oder hochohmigen Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Sensor (5) ermittelte Strom einen ersten vorgebbaren
Schwellwert überschreitet,
gekennzeichnet durch
einen elektromechanischen Schalter (10) im ersten Strompfad und eine zweite Steuerung (11), welche dazu vorbereitet ist, den
elektromechanischen Schalter (10) in einen nicht-leitenden Zustand zu steuern, wenn der mit dem ersten Sensor (5) ermittelte Strom einen zweiten vorgebbaren Schwellwert unterschreitet und/oder eine vorgebbare Zeitspanne nach der Steuerung des elektronischen Schalters (4) in einen nicht-leitenden oder hochohmigen Zustand verstrichen ist.
2. Überstromschalter (la..lc) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Schalter (10) anstatt im ersten Strompfad in einem zweiten Strompfad angeordnet ist, welcher einen zweiten Eingang (13) mit einen zweiten Ausgang (14) verbindet, wobei die beiden Strompfade zur Schaltung in einem gemeinsamen Stromkreis vorgesehen sind.
3. Überstromschalter (la..lc) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronischer Schalter (4) ein Feldeffekt-Transistor, ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor oder ein Bipolar-Transistor vorgesehen ist.
4. Überstromschalter (la..lc) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Steuerung ein erster Komparator (6) vorgesehen ist, an dessen Eingänge der mit dem ersten Sensor (5) ermittelte Strom und der erste vorgebbare Schwellwert geführt sind und dessen Ausgang mit einem
Steuereingang des elektronischen Schalters (4) verbunden ist.
5. Überstromschalter (la..lc) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
als elektromechanischer Schalter ein Relais (10) vorgesehen ist und als zweite Steuerung ein zweiter Komparator (11) vorgesehen ist, an dessen Eingänge der mit dem ersten Sensor (5) ermittelte Strom und der zweite vorgebbare Schwellwert geführt sind und dessen Ausgang mit einer Steuerspule des Relais (10) verbunden ist.
6. Überstromschalter (la..lc) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerung ein Mikrocontroller (15) vorgesehen ist, an dessen Eingang der mit dem ersten Sensor (5) ermittelte Strom geführt ist und dessen Ausgang mit einem Steuereingang des elektronischen Schalters (4) beziehungsweise mit einem Steuereingang des elektromechanischen Schalters (10) verbunden ist.
7. Überstromschalter (la..lc) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Sensor (5) anstatt im ersten Strompfad im zweiten Strompfad angeordnet ist.
8. Überstromschalter (la..lc) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Sensor im zweiten Strompfad angeordnet ist, welcher zur Messung des Stroms im zweiten Strompfad eingerichtet ist, und die zweite Steuerung (11) anstatt auf dem mit dem ersten Sensor (5) ermittelten Strom auf einem mit dem zweiten Sensor ermittelten Strom basiert.
9. Überstromschalter (la..lc) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (5)/zweite Sensor zur Messung des Stroms als Hallsensor ausgebildet ist.
10. Verwendung eines Überstromschalters (la.. lc) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit nur einem ersten Strompfad, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strompfad in einer elektrischen Leitung mit von einem Massepotential abweichenden Spannungspotential liegt.
11. Verwendung eines Überstromschalters ( 1 a..1 c) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem ersten und einem zweiten Strompfad, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strompfad in einer elektrischen Leitung mit einem Massepotential und der zweite Strompfad in einer elektrischen Leitung mit einem vom
Massepotential abweichenden Spannungspotential liegen.
12. Verwendung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strompfad beziehungsweise der zweite Strompfad in einem den
Antriebakkumulator eines Elektrokraftfahrzeuges beinhaltenden Stromkreis angeordnet ist.
13. Elektrokraftf ahrzeug, umfassend einen Antriebsakkumulator und einen diesen Akkumulator beinhaltenden Stromkreis, dadurch gekennzeichnet, dass in dem genannten Stromkreis ein Überstromschalter (la..lc) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 angeordnet ist.
14. Elektrokraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsakkumulator vom Elektrokraftfahrzeug lösbar ist und der
Überstromschalter (la.. lc) akkumulatorseitig angeordnet ist.
15. Elektrokraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsakkumulator vom Elektrokraftfahrzeug lösbar ist und der
Überstromschalter (la..lc) fahrzeugsei tig angeordnet ist.
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